浅水湖泊底栖-敞水生境耦合对富营养化的响应与稳态转换机理:对湖泊修复的启示

浅水湖泊中的初级生产者主要由分布在底栖生境中的底栖植物和生活在敞水生境中的浮游植物组成.底栖植物主要包括维管束沉水植物和底栖藻类等,浮游植物则主要为浮游藻类.贫营养浅水湖泊湖水营养盐浓度低,透明度高,底栖植物因能直接从沉积物中获取营养盐,往往是浅水湖泊的优势初级生产者.随着外源营养盐负荷的增加,湖水中的营养盐浓度不断升高,浮游植物受到的营养盐限制作用减小,加上其在光照方面的竞争优势,逐步发展成为湖泊的优势初级生产者,湖泊逐步从底栖植物为优势的清水态转变为浮游植物为主的浑水态,即稳态转换.在稳态转换过程中,浅水湖泊生态系统结构与功能发生了一系列变化,本文综述了浅水湖泊沉积物性质和生物(浮游植物、底栖植物、底栖动物和鱼类等)群落结构的变化,分析了这些变化对底栖植物、浮游植物之间竞争优势和底栖敞水生境间磷交换的影响,探讨了富营养化驱动的底栖敞水生境耦合过程变化和稳态转换机理.了解浅水湖泊底栖敞水生境耦合过程与稳态转换机理对富营养化浅水湖泊修复有重要意义.富营养化浅水湖泊修复实际就是重建其清水态,在制定修复目标时应该关注评价清水态的指标,如透明度、浮游植物生物量、底栖植物的覆盖度或优势度等.在开展湖泊修复技术研发与工程应用时,应该重点关注对底栖敞水生境耦合有重要影响的关键技术,如沉积物磷释放和底栖生物食性鱼类控制以及底栖植物(尤其是沉水植物)恢复等有关技术.     

丰水期鄱阳湖超微型浮游植物空间分布特征及其影响因子

2014年夏季对鄱阳湖进行采样调查,以探究超微型浮游植物在鄱阳湖中的空间分布特征及其与环境因子的关系.结果表明,丰水期鄱阳湖超微型浮游植物细胞丰度较高,平均值为1.04×108cells/L,超微蓝藻是超微型浮游植物的优势种群,尤其在北部通江湖区,占总超微藻丰度的比例超过80%.超微藻对总浮游植物净初级生产力和生物量(以叶绿素a浓度表示)贡献率的均值分别为44%和46%.鄱阳湖超微藻在空间分布上存在差异,超微藻丰度和叶绿素a浓度在南部湖区最高,其次是北部湖区,在东部和中部湖区相对较低.北部湖区超微藻对总浮游植物净初级生产力和生物量的贡献率全湖最高,分别能达到60%和50%.相关性分析表明,营养盐对超微型浮游植物生长的作用表现不明显,超微藻对总浮游植物净初级生产力的贡献率与水体透明度呈极显著负相关,水体p H值对超微真核藻丰度有显著影响.     

太湖蓝藻水华暴发机制与控制对策

湖泊蓝藻水华暴发由于引发水生态系统的灾害和饮用水安全风险而成为国内外研究的热点之一.太湖蓝藻水华暴发原因多样,其中蓝藻自身的特性是水华暴发的内因,太湖的地理、水文和气象特征为蓝藻水华暴发提供了合适的温度和水动力条件,是蓝藻水华暴发的外因,湖泊草-藻型生态系统的转变以及氮、磷营养盐的高负荷输入更利于蓝藻生长,湖泊氮、磷营养盐四重循环是蓝藻水华不断暴发的维持机制,蓝藻水华暴发与氮、磷营养盐浓度之间存在交互作用关系.太湖蓝藻水华的控制应以陆源控源截污为基础,增加湖泊营养盐输出为重点,实现疏堵有机结合,其中恢复水生植被,重建草-藻结合型水生态系统是太湖湖泊生态修复的关键所在.     

太湖康山湾示范区水生植物对水体氮、磷控制的适用性分析

为重建湖泊水生植被,改善太湖局部水域水质,在太湖康山湾示范区两个大型围隔进行了两种类型水生植物重建.通过2010年8月-2011年8月的现场采样及分析测定发现,人工控制条件下,浮叶植物荇菜和菱以及沉水植物马来眼子菜的重建效果较好,在其生长季节具有较高的覆盖度;研究表明,控制风浪及提高透明度是恢复水生植被的前提;植被重建区沉水植物氮、磷含量与浮叶植物差别不大,但浮叶植物重建区水体氮、磷浓度的控制比沉水植物重建区好;从经济及水环境效益角度来看,太湖敞水区的沿岸带由于风浪的控制比较困难,恢复水生植被时,应选择浮叶植物荇菜、菱、沉水植物马来眼子菜等抗风浪能力强的物种.本研究为太湖敞水区沿岸带的生态恢复方案制定提供了理论依据.     

武汉东湖受控生态系统中水生植被恢复结构优化及水质动态

于１９９３－１９９５４上对武汉东湖的布和网围受控生态系统中的植被恢复,结构优化及水质进行了初步研究。结果表明;在受控生态系统中,水生维管束植物生物量明显增加,控制养殖规模是恢复水生植被的前提,自然恢复的水生植被,结构较简单,通过选种优良植物,可优化植被结构,加速植被恢复进程;恢复水生植被时,应以沉水植物为主体。生长良好的水生维管束能使水中Ｎ,Ｐ浓度明显降低,浮游植物生物量减小;莲,芦苇,苦草,狐尾     

2010-2017年太湖总磷浓度变化趋势分析及成因探讨

近年来,太湖流域各省市政府加大治理力度,流域水体水质取得明显好转,氨氮浓度和总氮浓度呈大幅度下降趋势,然而太湖水体总磷浓度呈上升趋势.为探讨太湖总磷浓度升高的原因,采用太湖流域管理局2010年以来的水质水量实测数据、遥感监测数据等,分别从太湖入湖河流污染负荷量、水生植被和蓝藻与总磷浓度的关系3个方面进行相关性分析.结果表明,入湖河流总磷浓度高于太湖水体总磷浓度,且磷不易出湖,逐年总磷净入湖量持续累积与太湖总磷浓度有明显的正相关性,入湖污染负荷量大是太湖总磷浓度居高不下的根本原因;水生植被可吸收湖泊沉积物中的营养盐,并抑制底泥再悬浮从而降低内源性营养盐的释放,东太湖水生植被的大量减少,一方面减少了沉水植物对磷元素的吸收,另一方面增加了风浪对底泥的扰动再悬浮,造成磷元素释放,是造成湖水总磷浓度升高的重要因素;近年来太湖蓝藻密度呈上升趋势,受其影响,总磷浓度也有上升,蓝藻水华加快湖体磷循环,藻类密度增加也是太湖总磷浓度升高的影响因素之一.     

沉水植物附植生物群落生态学研究进展

在高等水生植物表面经常附着生长着藻类、真菌和细菌等,这些有机群体组成附植生物群落,在大中型浅水湖泊中普遍存在.附植生物群落具有特定的物种组成和空间结构,并随季节推移和沉水植物生长表现出一定的动态变化特征.附植生物群落与宿主植物及周围水体环境联系密切,不仅能够表征水体营养盐、光照、温度等环境因子特征,与沉水植物、食草动物、浮游植物等水生生物类群也存在不同的相互作用.水生生态系统中,附植生物群落参与水体营养物质转化,在草-藻型湖泊生态系统的相互转化过程中起重要作用;其较高的初级生产力作为水生动物重要的食物来源,增加了食物网的多样性;同时,附植生物群落因其独特的生理生态特征正逐渐被应用于水质净化和水环境质量监测.本文在综述近年来附植生物群落研究进展的基础上,分析了附植生物群落的组成结构和动态变化特征,阐述了附植生物群落在水生生态系统中的功能,可为湖泊富营养化治理,尤其是沉水植被的生态修复和管理提供科学依据.     

浮游植物对湖泊水体生态重建的响应——以太湖五里湖大型围隔示范工程为例

根据太湖五里湖湾生态重建大型围隔示范工程的现场观测结果,分析了湖泊生态重建措施对浮游植物的影响,结果显示:(1)在生态重建的第一年,尽管生态重建区内种植了大量水生植物,水体氮磷含量也有较大幅度的下降,水体透明度也被提高了近一倍,但是藻类却大量生长,并暴发了蓝藻水华;第二年,生态重建区的环境条件逐渐对藻类(包括蓝藻和其中的微囊藻)产生了抑制作用,开始出现藻类生物量下降趋势;表明生态重建措施(以水生植被重建为中心的生态系统重建组合措施)可以在较短时间内(当年)建立起一定规模的水生植物群落,有效降低水体氮磷营养盐,提高水体透明度,但要在较短时间内(2年内)完善一个较大的水生态系统结构、有效降低藻类生物量(特别是夏季)有一定困难.(2)尽管氮磷营养盐对水体藻类总量增加有较大影响,但并不是蓝藻大量暴发的决定因素,上行作用力对蓝藻的控制(bottom-up effort)表现弱于下行作用力(top-down effort).(3)较低的TN/TP比值(15.9-35.6,平均30.5)既是蓝藻水华暴发的原因,也是其作用的结果,其可能有利于蓝藻的大量暴发.(4)生态重建措施较大幅度地改善了水环境,但并没有显著提高藻类多样性指数(Shannon index),因此,单凭藻类多样性指数并不能完全反映水环境改善状况,在评价水环境质量方面需要结合其它多种指标进行综合评估.     

太湖蓝藻碎屑对水质及附着藻和水丝蚓生物量的影响

富营养化是现今各国面临的主要水环境问题,其中蓝藻水华暴发是全球富营养化水体最常见的现象之一.蓝藻水华将产生大量的蓝藻碎屑,其对水质及生物的影响还尚不清楚.本研究通过向中宇宙系统添加微囊藻碎屑,分析其对水体不同形态营养盐及水生生物生物量的影响.结果表明:微囊藻碎屑加入后,水体不同形态的营养盐浓度均在短期内迅速增加,其中水体总氮和总磷平均浓度最高分别达到3.86和0.36 mg/L;浮游植物生物量(用叶绿素a表示)在前9天随营养盐浓度的升高而增加,随后逐渐下降至实验初始水平.此外,附着藻类生物量在微囊藻碎屑加入后呈逐渐下降趋势,这可能与浮游植物快速增殖引起的水体透明度下降有关.微囊藻碎屑加入后,水丝蚓生物量随微囊藻碎屑的分解持续增长,在第20天达到生物量最大值.本研究通过模拟太湖梅梁湾生态系统,探讨微囊藻碎屑对水质及水生生物生物量的影响,结果有助于进一步了解蓝藻水华对水生态系统影响的途径及机理,为富营养化湖泊管理提供理论依据.     

东巢湖湖滨农田生态拦截沟中浮游植物群落结构

在巢湖市烔炀镇西宋村农田示范基地中建立生态拦截沟来处理农业生产排放的农业面源污水,就生态拦截沟中浮游植物丰度、生物量和群落结构进行了研究.实验历时6个月,研究中共检测到浮游植物9门48属75种.研究发现尽管农田生态拦截沟中的水生植被能有效削减水体中的氮、磷营养盐,但对浮游植物群落结构产生的影响不大.生态拦截沟中主要藻类为绿藻、蓝藻和硅藻,且出水口蓝藻所占比例较进水口有显著上升.生态拦截前后浮游植物优势种类的变化不大,主要为蓝藻门的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、绿藻门的微球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)和硅藻门的孟氏小环藻(Cyclotell meneghiniana)等.藻类生物多样性研究表明生态拦截沟中的水体主要为清洁或寡污型水体,仅在夏季的7月份出现了轻微的水体污染.典型对应分析发现,TN/TP对浮游植物种类分布的解释度最高.同时,发现水体总磷的对数、总溶解磷的对数与藻类的生物量呈正比,而TN/TP与藻类的生物量呈反比.研究表明农田生态拦截沟尽管具有削减农业氮、磷营养盐面源污染的作用,但不能有效地降低水体中蓝藻的生物量.农业面源污水中的藻类营养盐限制主要为磷限制,削减农田径流中的磷含量是控制巢湖流域水体富营养化和遏制蓝藻水华的关键环节.     

Dynamics of Phosphorus and Balance Estimate of Its Exchange Processes with the Bed in the Mozhaisk Reservoir during Vegetation Period

Data of complex offshore observations were used to analyze variations in the concentrations of mineral and organic phosphorus in the epilimnion and hypolimnion of the Mozhaisk Reservoir within the vegetation period. Vertical phosphorus fluxes at the hypolimnion boundaries were assessed by using the balance method with allowance made for the phosphorus transformations in the water mass within the vegetation periods considered. Destruction processes were found to proceed most intensely during the moderate blooming of phytoplankton, when these processes facilitate the formation of anaerobic conditions in hypolimnion, whereas exchange processes intensify abruptly in the periods of intense phytoplankton blooming and during its decline.     

The influence of extreme floods from the River Danube in 2006 on phytoplankton communities in a floodplain lake: Shift to a clear state

The influence of extreme floods from the River Danube in 2006 on the species composition and vertical distributions of phytoplankton was studied in a shallow floodplain lake, Lake Sakadaš (Kopa?ki Rit Nature Park, Croatia) which in the last few decades was in a turbid state characterised by high phytoplankton concentrations. As a consequence of extremely high floods, the whole floodplain area (approximately 16 km²) became one lentic habitat with well developed macrophyte vegetation. Seasonal dynamics of chlorophyll a (Chl a) concentration in the lake had a characteristic pattern for the shallow lakes with dense macrophyte vegetation. Extremely low mean phytoplankton abundance and biomass were found in the conditions of very high nutrient concentrations. Dominant phytoplankton species were diatoms and chlorococcal green algae from the functional groups characteristic for a mixed environment. The canonical correspondence analysis (CCA) demonstrated that nutrients and temperature were significant environmental variables for their development. The sequence of phytoplankton seasonality, vertical distribution of phytoplankton, as well as the domination of rapidly acclimating phytoplankton forms (R-strategists) indicated clear, well-mixed conditions and a highly disturbed environment. Our results suggest that the occurrence of extreme flooding can be a stressor high enough for the transition from a turbid to a clear state of the floodplain lake. Possibly, cyclic shifts between alternative stable states in floodplain ecosystems can be expected as a consequence of the impact of extreme hydrological events induced by a climate change.     

Climate driven changes in the submerged macrophyte and phytoplankton community in a hard water lake

We studied the changes in the submerged aquatic vegetation (SAV) and phytoplankton community in a hard water lake during different meteorological conditions. We hypothesized that variations in climatic conditions (precipitation and temperature) can influence the physicochemical parameters of water and, in turn, affect SAV and phytoplankton development. The investigations were performed in Lake Rogóźno (the West Polesie region, Eastern Poland) over 10 years from 2003 to 2013. The physicochemical parameters, the structure of macrophytes and the phytoplankton community in the dry (2003–2006, DP) and wet periods (2007–2013, WP) were analyzed. Between the dry and wet periods, the water color and the concentration of dissolved organic carbon (DOC) increased considerably, whereas water conductivity decreased. Other parameters (concentration of nutrients, water reaction and transparency) were comparable during both periods. When the precipitation and water level were low (DP), charophytes dominated the SAV and cyanobacteria dominated the phytoplankton community. After the precipitation and water level increased (WP), the charophyte population declined and the vascular plants and bryophytes dominated. Furthermore, flagellated algae belonging to the dinophytes and cryptophytes were the most numerous in the phytoplankton community. These changes in the SAV and phytoplankton were linked with the variations of physicochemical parameters determined by the total precipitation and mean air temperature in March.     

富营养化湖泊围隔中重建水生植被及其生态效应

水体富营养化导致水生植被衰退、蓝藻水华暴发、水质恶化和水生生态系统崩溃.恢复水生植被被认为是改善受损水体水质和提高其生态系统稳定性的重要手段.本研究通过构建大型围隔,根据水生植物的耐污程度及其对水质和底质等条件的需求,选取几种适宜的水生植物在围隔内进行移栽与群落构建,并以不移栽水生植物的围隔和围隔外水体作为对照.实验期间(2011年4月至2012年6月),围隔内移栽的几种水生植物全部存活,并建立了相对稳定的群落.同时还跟踪监测了3个处理组的水质情况,结果显示,移栽水生植物的围隔内水质明显优于围隔外,与未移栽水生植物围隔相比,也有很大程度的改善,其中移栽水生植物围隔内水体的总氮、铵态氮、总磷、水下消光系数相比于围隔外水体分别低30.55%、44.09%、36.04%和42.13%,相比于未移栽水生植物围隔内水体分别低5.96%、13.40%、6.70%和7.60%,透明度分别比围隔外水体和未移栽水生植物围隔水体高74.59%和8.70%,浮游植物生物量也大大低于围隔外,而浮游动物生物量却明显高于后者.此外,实验后移栽水生植物围隔内沉积物氮、磷含量及其间隙水总氮、总磷、铵态氮浓度明显低于围隔外和未移栽水生植物围隔.研究表明,在富营养化浅水湖泊中通过建立围隔进行合理的群落配置,进而逐步恢复水生植物是完全可行的,而水生植物恢复后加强对其管理和维护至关重要.     

亚热带大型河流型水库—富春江水库浮游植物群落及其与环境因子的关系

为了掌握富春江水库浮游植物群落特征,探寻其与环境因子的关系,于2006年1月至2007年12月,对其进行了20次采样调查.鉴定结果表明富春江水库共有浮游植物107种,浮游植物密度范围在0.21×10~5-3.01×10~7cells/L之间.浮游植物组成随季节变化有所不同,春季绿藻、隐藻、硅藻占优势,夏季蓝藻和硅藻占优势,秋冬季硅藻、隐藻占优势.浮游植物群落结构受水文条件的影响较大,浮游植物密度与水体温度呈显著正相关,与透明度在不同范围内表现出不同的相关关系;与TN、TP在不同范围内表现出不同的相关关系,与TN/TP及可溶性硅呈显著正相关.库区总氮和总磷浓度均很高,足够满足藻类生长需要;TN/TP较低,基本在8-30之间,说明氮磷含量不是富春江库区藻类生长的限制因子.水文季节性变化会明显地影响浮游植物群落结构和密度的季节性变化,特别是降雨、水温及水力滞留时间等因子是影响水库浮游植物群落结构及密度变化的主要因子.     

Standing stock and production rate of phytoplankton and a red tide outbreak in a heavily eutrophic embayment, Dokai Bay, Japan.

The seasonal variation of phytoplankton biomass and primary productivity in a heavily eutrophic embayment, Dokai Bay, Japan, was determined. Dokai Bay was characterized by high phytoplankton biomass and productivity during summer and low phytoplankton biomass and productivity during other seasons. The results suggested that phytoplankton growth was limited by only irradiance and water temperature under the high nutrient concentrations available for phytoplankton growth in the entire year. Moreover, in spite of sufficient nutrient for phytoplankton growth in the entire year, a red tide occurred only in the summer period in this bay. Our results suggested that a red tide occurred by the high phytoplankton growth rate in the summer season, but in other periods surface phytoplankton was flushed out of the bay before forming the red tide, because phytoplankton growth rate was low and could not form the red tide due to low irradiance and low water temperature.     

水生植被恢复对城市景观水体磷浓度及沉积物磷形态的影响

以上海市两个水生植被恢复时间为5—10年的城市景观水体为研究对象,通过分析水体理化性质以及水和沉积物磷的含量和形态,研究水生植被恢复对富营养化水体修复的长期生态效应.结果表明,水生植被恢复能有效降低水体氮、磷浓度,对水体富营养化有明显的改善作用.在外源磷的污染源得到控制后,水体磷浓度会随着修复时间的增加而逐渐降低并相对稳定.沉积物磷形态以钙磷为主,随着水生植被恢复时间的增加,生物活性较强的可交换态磷、铝磷和铁磷的含量下降,而相对稳定的钙磷所占的比例增加.研究结果还表明,即使不进行底泥疏浚,长期的水生植被恢复也可以使城市河流沉积物中内源磷释放及水体磷浓度得到有效控制.     

江苏滆湖北部区整治后浮游植物时空分布及环境因子变化规律

滆湖是我国长江中下游典型的浅水型湖泊,为了解其治理后浮游植物群落时空分布规律,2013年1 12月对其北部区浮游植物及环境因子进行调查.调查期间共检出浮游植物7门43属61种,春、冬季以栅藻(Scenedesmus)和小环藻(Cyclotella)为主要优势种属,夏、秋季以微囊藻(Microcystis)和颗粒直链藻(Melosira granulata)为主要优势种属,采样期间浮游植物生物量最高值为90.6 mg/L,出现在8月份,铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)占绝对优势.浮游植物平均密度呈现由西向东递减的趋势,植被覆盖区低于敞水区.环境因子分析表明:总氮浓度、总磷浓度、水温是影响滆湖北部区浮游植物密度和生物量的主要因子.比较相同月份湖区内部菱角芦苇区和未治理的敞水区的平均生物量,菱角区生物量较敞水区低约72.7%~91.1%,芦苇区生物量较敞水区低约63.9%~83.7%.在8、9月湖区内敞水区暴发水华时菱角区浮游植物生物量仅为敞水区的14.6%,芦苇区为敞水区的30.3%.     

An evaluation of the role of daphnids in controlling phytoplankton biomass in clear water versus turbid shallow lakes

Phytoplankton and zooplankton were monitored during 2 years in four eutrophic shallow lakes (two turbid and two clear water) from two wetland reserves in Belgium. In each wetland, phytoplankton biomass was significantly higher in the turbid lake than in the clear water lake. Although total macrozooplankton biomass and the contribution of daphnids to total zooplankton biomass was comparable in the clear water and the turbid lakes, the grazing pressure of macrozooplankton on phytoplankton as estimated from zooplankton to phytoplankton biomass ratios was higher in the clear water lakes. Estimated grazing by daphnids in the clear water lakes was always high in spring. In summer, however, daphnid biomass was low or daphnids were even absent during prolonged periods. During those periods phytoplankton was probably controlled by smaller macrozooplankton or by submerged macrophytes through nutrient competition, allelopathic effects or increased sedimentation rates in the macrophyte vegetation.